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Volume et Forces

Posté par
florian01
03-01-08 à 14:34

Bonjour, je solicite votre aide pour une devoir

On considere un objet de forme parallélépipédique de section carée 2cm*2cm et de longueur totale 6cm, formé de 2 materiaux differents: de l'alluminium sur une longueur de 1 cm et du liege pour le reste
Les masses volumiques sont respectivement pour l'aluminium et le liege de 2700 kmg/m^3 et de 240 km/m^3(rappel la masse volumique de l'eau est de 1000 kg/m^3)
1-calculer le volume de metal. en deduire la masse de la partie metallique
2-caculer le volume de liege. en deduire la masse de la partie de liege
3-quel est la masse totale de l'objet? quel est son volume totale ?
4-on le plonge dans l'eau. Montrer en calculant ces 2 forces qui si l'on suppose l'objet completement immergé la poussé d'archimede est superieur au poids (on prendra g=10 N/kg) Que peut on prevoir ?
5-calculer la hauteur emergente de l'objet plongé dans l'eau et representer le resultat à l'echelle 1. Que va t'il se passer si on remplace l'eau par de l'éthanol de densité 0.8 ?

Merci d'avance pour d'eventuelles piste de travail

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 03-01-08 à 15:08

Personne ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 03-01-08 à 15:17

Bonjour,

Première piste de travail : bien écrire les unités. Les unités ont une grande signification en physique : on comprend beaucoup en apprenant à bien les "lire"

La masse volumique s'exprime en kg.m-3 que tu peux écrire également kg/m3
parce que c'est le quotient d'une masse (en kilogrammes, symbole kg) par un volume (en mètres cubes, symbole m3)

Tu peux donner tes premiers résultats (tu sais que c'est le principe du forum ! )

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 03-01-08 à 15:25

Désolé pour les unités.

Pour les résultats je ne l'ai ai que tres partiellement

Pour la 1) j'ai:
1cm3
Mais je ne sais pas comment deduire la masse

Pour la 2) j'ai
6-1= 5cm donc
5cm3
Et pour deduire la masse même probleme que precedement

Pour la 3) il suffit d'additionner les 2 resultats mais je ne les ai pas trouvés

Pour le reste je ne sais pas comment m'y prendre :s

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 03-01-08 à 15:38

Mais florian ! Même les volumes sont faux !

La section vaut 2 cm par 2 cm : quelle est l'aire de la section ?
Quel est le volume du prisme de cette section quand sa hauteur vaut 1 cm (pour l'aluminium) ?
Et quand sa hauteur vaut 5 cm (pour le liège) ?

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 03-01-08 à 15:43

Ah Désolé

1) volume parallélépipéde:
Base * Hauteur
Donc 2*1 = 2cm3

2) Base*Hauteur
Donc 2*5= 10cm3

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 03-01-08 à 18:05

Up

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 03-01-08 à 18:11



Quelle est l'aire d'une section carrée de 2 cm de côté ?

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 03-01-08 à 19:40

2*2= 4cm²

Mais c'est le volume qu'on me demande

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 03-01-08 à 19:42

Voilà, sans jeu de mots, une excellente base !

Oui, l'aire de la base vaut bien 4 cm2

Pour une hauteur de 1 cm quel est le volume et pour une hauteur de 5 cm quel est le volume ?

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 03-01-08 à 19:53

Je pense qu'il faut que je multiplie la hauteur avec la base... donc...
Pour le métal: 1*4= 4cm3
Pour le liege: 5*4= 20cm 3

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 04-01-08 à 08:01

Très bien. On peut continuer.

Il faut maintenant en déduire les masses d'aluminium et de liège.

Dire que la masse volumique de l'aluminium vaut 2 700 kg/m3 cela signifie :
. qu'un mètre cube d'aluminium, soit 1 000 dm3 ou ce qui est la même chose, 1 000 litres d'aluminium, a une masse de 2 700 kg
. qu'un litre d'aluminium, c'est-à-dire 1 000 cm3 d'aluminium, a donc une masse de 2 700 grammes
. qu'un centimètre cube, 1 cm3, d'aluminium a une masse de 2,7 grammes

Il faut absolument que tu retiennes ces conversations très faciles :

alu = 2 700 kg.m-3 = 2,7 kg.L-1 = 2,7 g.cm-3

Quelle est donc la masse d'aluminium de cet objet ?
Par un travail semblable, tu peux déterminer aussi la masse de liège de l'objet. A toi...

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 11:19

La masse, tu me l'as dit c'est donc 2.7 g

En faisant le même travail pour le liege
liege = 240 kg.m-3 = 2.4 *10-1 kg.L-1 = 2.4 *10-1 g.cm-3
La masse de liege est donc de 2.4 * 10-1 g

C'est ça

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 12:38

Up, ça descend vide

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 04-01-08 à 13:33



Pour l'aluminium : la masse est de 2,7 grammes pour chaque centimètre cube. Or le volume vaut 4 cm3
Quelle est donc la masse d'aluminium ?

Pour le liège : oui la masse d'un centimètre cube de liège est bien 0,24 gramme
Mais le volume de liège est de 20 cm3
Quelle est donc la masse de liège ?

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 13:44

A d'accord j'ai compris, il faut donc que je multiplie par le volume!

donc pour l'alluminium: 4*2.7= 10.8 g
pour le liege: 20 * 0.24 = 4.8 g



Dans le cas où c'est juste, pour la question 3) il faut donc que j'aditionne tout simplement les 2 masse..
donc 10.8 + 4.8 = 15.6 g
Je fais le meme travail que tu m'a montré

Citation :
alu = 2 700 kg.m-3 = 2,7 kg.L-1 = 2,7 g.cm-3

mais à l'envers donc
15.6 g.cm-3= 15.6 g.L-1 = 15.6 *10-3=1.56*10-2kg.m-3

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 04-01-08 à 13:54

Ça avance...
Oui, la masse de 4 cm3 d'aluminium dont la masse volumique est 2,7 g/cm3 est bien 4 * 2,7 = 10,8 g

De même la masse de 20 cm3 de liège dont la masse volumique est 0,24 g/cm3 est bien 20 * 0,24 = 4,8 g

La masse totale de cet objet est bien 10,8 + 4,8 = 15,6 g

Quel est le volume total de cet objet ?

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 13:59

Ce n'est pas ce que j'ai mis ?

Citation :
15.6 g.cm-3= 15.6 g.L-1 = 15.6 *10-3=1.56*10-2kg.m-3


Si ce n'est pas ça, quelle relation doit-je utiliser ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 04-01-08 à 14:01

Je ne comprends pas ce que tu as fait là.

Il n'y a aucune relation à utiliser pour trouver le volume total de l'objet. Tu connais le volume d'aluminium et tu connais le volume de liège...

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 14:09

A je suis idiot, j'avais confondu avec la masse volumique !

20+4= 24 cm3

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 04-01-08 à 14:16

Oui, le volume total est bien 24 cm3

Question 4 :
Calcul du poids de l'objet (n'oublie pas que tu connais la masse ; fais attention aux unités)
Calcul de la poussée d'Archimède en supposant que tout l'objet est sous l'eau.

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 14:37

Le poids se calcule avec la relation

P = m X g
donc P = 15.6 * 9.8 = 152.8 N/kg

La poussée d'archimède se calcule avec la relation
= * V * g
Soit (2700+240) * 2.4*10-14 *9.8
= 6.9*10-10

C'est normale que la valeur de la poussée d'archimede soit aussi petite ?
Si c'est juste on peux prevoir que l'objet coule...

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 15:08

up
Ca descend vite dans les profondeurs du forum

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 04-01-08 à 15:14

Tu n'as pas besoin de faire "up"

Même si cela descend trois pages en arrière (ou beaucoup plus, je retrouve tous les messages que je suis) ; tu peux, toi aussi, retrouver tous les messages auxquels tu as participé :

il est très facile de retrouver ses messages : pour apprendre, clique sur la maison [lien]
__________________

Pour calculer le poids, il faut multiplier la masse en kg par g qui s'exprime en N/kg et le résultat est alors en N

Pour calculer la poussée d'Archimède dans l'eau, il faut utiliser la masse volumique de l'eau
Attention aux unités !

Recommence !

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 15:21

J'avais completement oublié cette fonction ^^

15.6 g 15.6*10-3kg

P=m*g soit (15.6*10^-3)*9.8 = 1.52*10-1 N/kg

Pour la poussée d'archimede
1000*(2.4*10-14) *9.8 = 2.35 *10-10
Meme conclusion, si c'est juste, l'objet coulerai

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 04-01-08 à 16:45

Le poids s'exprime en NEWTONS !

Ici : P = m*g = 15,6.10-3 * 9,8 1,53.10-1 N

La poussée d'Archiméde, qui est une force, et donc qui a une unité. Et cette unité est le newton.

eau, de masse volumique eau = 1 000 kg.m-3
g = 9,8 N.kg-1
volume : V = 24 cm3 = 24.10-6 m3


PA = eau * g * V = 1 000 * 9,8 * 24.10-6 = 2,35.10-1 N

Et donc l'objet ne coule pas !

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 17:16

Ok merci, ces unités pour moi un vrai cauchemard

Et pour la 5) je m'y prends comment ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 04-01-08 à 17:51

Je vois. Il ne faut pas le constater et baisser les bras. Tu ne pourras pas progresser (ni même comprendre quelque chose) en physique si tu ne travailles pas les unités ; c'est une des bases indispensables de la physique.
______________

Quel est le volume d'eau suffisant pour que la poussée d'Archimède soit égale (et de sens contraire) au poids de l'objet ?
Ceci va te permettre de calculer la profondeur d'immersion et donc aussi la hauteur émergente.

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 18:16

Je ne comprends pas bien, faut t'il faire une soustraction pour que la poussé d'archimede soit egale au poids ?
Dans ce cas (2.35-1.53)*10^-1 = 0.82*10^-1 N
Mais c'est un volume qu'on me demande

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 04-01-08 à 18:23

Un objet flotte quand la poussée d'Archimède sur la partie de cet objet qui est dans l'eau est égale au poids de l'objet.

Tu connais le poids de l'objet : c'est 1,53.10-1 N

Tu connais la formule qui permet de calculer la poussée d'Archimède
PA = eau * V * g = 1 000 * V * 9,8

On veut PA = 1,53.10-1 N

Quel doit être le volume immergé ?

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 18:43

Pour trouver 1.53 N pour le poids on a utiliser cette relation
P = m*g = 15,6.10-3 * 9,8
Pour Pa = *V * g
pour en revenir a la ralation du poids m = *V
Comme =1000 kg.m-3 V doit logiquement etre égale à 15.6*10^-6
En verifiant a la calculatrice on trouve bien que 15.6*10^-6 est la bonne valeur pour le volume

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 04-01-08 à 18:58

Il faut mettre l'unité ! !

Le volume immergé est en effet V = m / eau = 15,6.10-3 / 1 000 = 15,6.10-6 m3 = 15,6 cm3

Tu te rappelles que la section de cet objet vaut 4 cm2

Quelle est donc la hauteur de l'objet qui est immergée dans l'eau ?
Quelle est la hauteur de l'objet qui est émergée hors de l'eau ?

Pour le dessin, je pense que tu comprends que l'aluminium est dans l'eau et que le liège, au-dessus de l'aluminium, est en partie dans l'eau et en partie hors de l'eau.

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 19:24

On sais que le volume totale est de 24 cm3 pour une section de 4 cm2
On sais que le volume immergé est de 15.6 cm3
Donc avec le produit en croix 15.6*4 /4=2.6 cm2pour la partie immergée
pour la partie emergée on fais 4-2.6= 1.4 cm2

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 04-01-08 à 19:29

Bon, je le fais et t'invite à réfléchir !

Volume d'un prisme = section de la base * hauteur

hauteur = volume du prisme / (section de la base)

Hauteur immergée = 15,6 / 4 = 3,9 cm

Hauteur émergée = 6 - 3,9 = 2,1 cm

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 04-01-08 à 19:39

Hmmmm c'était tout bête

Si on remplace l'eau par de l'éthanol de densité 0.8 je pense tout simplement que comme la densité de l'éthanol est plus faible que celle de l'eau la partie l'objet serait d'avantage emergé dans l'eau

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 05-01-08 à 07:50

Tu penses bien. Mais il faut faire le calcul ! Parce que :
. ou bien en s'enfonçant un peu plus l'équilibre est retrouvé
. ou bien en s'enfonçant l'équilibre n'est pas trouvé... et alors l'objet coule complètement.

Donc... calcul !

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 05-01-08 à 12:14

D'accord, je sais que la densité de l'eau est de 1.0, celle de l'ethanol est de 0.8
Par rapport à quels données je fais ce calcul ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 05-01-08 à 12:20

Reprends le calcul d'hier à 18 h 23

Le poids de l'objet n'a pas changé
La seule chose qui change est la masse volumique du liquide

La masse volumique de l'eau eau = 1 000 kg.m-3 est remplacée par celle de l'éthanol éthanol

Que vaut la masse volumique de l'éthanol éthanol sachant que la densité de l'éthanol est 0,8 (avec les bonnes unités, s'il te plaît) ?

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 05-01-08 à 12:33

Je vais esseyer la proportionnalité

Densité !Masse Volumique!Liquide
------- !-------------- !
1.0     !1000           ! EAU
0.8     ! ?             ! ETHANOL

Donc je pourrait faire 1000*0.8= 800 kg.m-3
J

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 05-01-08 à 13:38

Trés bien.

La densité est le rapport de deux masses volumiques.
La densité de l'éthanol est donc le rapport (masse volumique de l'éthanol) / (masse volumique de l'eau)
Donc :
masse volumique de l'éthanol = (densité de l'éthanol) * (masse volumique de l'eau)

éthanol = 0,8 * eau = 0,8 * 1 000 = 800 kg.m-3

Quel volume de l'objet doit être immergé pour que la poussée d'Archimède soit égal au poids de l'objet ?
Relis les deux messages de 18 h 43 et de 18 h 58

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 05-01-08 à 13:59

Ok, je reprends ton message:

Citation :
posté par : Coll (privilegié)
Il faut mettre l'unité ! !

Le volume immergé est en effet V = m / eau =

Donc V= 15.6 / 800 = 19.5 cm3

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 05-01-08 à 14:05

Je vais continuer pour la hauteur emergente de l'objet (si mon resultat plus haut est juste)

Je reprends ton message de 19h29

Citation :
Hauteur immergée = 15,6 / 4 = 3,9 cm

Hauteur émergée = 6 - 3,9 = 2,1 cm


Donc hauteur immergée = 19.5 /4 = 4.87
Hauteur émergée = 6 - 4.87 = 1.13

C'est bizarre, finalement c'est le contraire de ce que je pense, l'objet remonte d'avantage à la surface

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 05-01-08 à 14:06

Oui, mais cette écriture n'est pas assez rigoureuse.

masse : m = 15,6.10-3 kg
masse volumique de l'éthanol : éthanol = 800 kg.m-3

Volume immergé nécessaire : V = m / éthanol = 15,6.10-3 / 800 = 19,5.10-6 m3
c'est-à-dire 19,5 cm3

Si tu veux progresser, en particulier avec les unités, il faut que tu t'appliques à être plus rigoureux.

Conclusion ? Que se passe-t-il pour l'objet quand on remplace l'eau par l'éthanol ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 05-01-08 à 14:08

Ton message de 14 h 05 :

Les calculs sont justes. Tu pensais bien, mais tu écris le contraire...

La hauteur immergée (dans l'eau) est plus grande
La hauteur émergée (hors de l'eau) est plus faible
Donc...

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 05-01-08 à 14:09

Les messages se sont croisé, la conclusion que j'ai faites juste avant ton message te parait elle juste ?

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 05-01-08 à 14:10

Donc l'objet coule

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 05-01-08 à 14:12

Il ne coule pas ! Il y a encore 1,13 cm (N'oublie pas les unités ! ! ! ) hors de l'eau.

Mais, en conclusion, l'objet s'enfonce davantage.

Posté par
florian01
re : Volume et Forces 05-01-08 à 14:16

Ok, merci beaucoup de ton aide
A bientot

Posté par
Coll Moderateur
re : Volume et Forces 05-01-08 à 14:29

Je t'en prie.
A une prochaine fois !



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